建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

姓名：張麗娟學(xué)號(hào)：20151210023

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多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

的主要結(jié)構(gòu)體系及震害特點(diǎn)

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多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋

抗震設(shè)計(jì)的一般要求。

■鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

■多層砌體房屋的抗震構(gòu)造措施

多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系包括：

框架結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)

構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和框架-筒體結(jié)構(gòu)等。

框架結(jié)構(gòu)體系由梁和柱組成，平面布置

靈活，易于滿足建筑物設(shè)置大房間的要求，

在工業(yè)與民用建筑中應(yīng)用廣泛。

抗震墻也稱剪力墻，這種結(jié)構(gòu)體系由鋼

筋混凝土縱橫墻組成，抗側(cè)力性能

較強(qiáng)，但平面布置不靈活，純

剪力墻體系一般用于住宅、旅

館和辦公樓建筑。

框架-抗震墻結(jié)構(gòu)：在框

架房屋中增加抗震墻構(gòu)成。

框架－筒體體系：在框架房屋中增加筒

體構(gòu)成。

筒體結(jié)構(gòu)或由四周封閉的剪力墻構(gòu)成單筒式的筒狀結(jié)構(gòu)；或以樓電梯為內(nèi)筒，密排柱深梁框架為外框筒組成筒中筒結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的空間剛度大，抗側(cè)和抗扭剛度都很強(qiáng)，建筑布局亦靈活。常用于超高層公寓、辦公樓和商業(yè)大廈建筑等。框架房屋抗震墻框架—抗震墻

不過，設(shè)計(jì)不良或施工質(zhì)量欠佳的鋼

筋混凝土房屋在地震中遭遇震害的情

況，亦不鮮見。

主要震害可概述如下：

１.共振效應(yīng)引起的震害

２.結(jié)構(gòu)平面或豎向布置不當(dāng)引起的震害

３.框架柱、梁和節(jié)點(diǎn)的震害

梁柱變形能力不足，構(gòu)件過早發(fā)

生破壞。一般是梁輕柱重，柱頂重

于柱底，尤其是角柱和邊柱更易

發(fā)生破壞。

主要原因：節(jié)點(diǎn)處彎矩、剪力、軸力都較大，受力復(fù)雜，箍筋配置不足，錨固不好等。

（1）柱頂

柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內(nèi)箍筋拉斷，縱筋壓曲成燈籠狀。

破壞不

易修復(fù)

（2）柱底

與柱頂相似，由于箍筋較柱頂密，震害相對(duì)柱頂較輕。

（3）短柱

當(dāng)柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)時(shí)形成短柱,

短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。（4）角柱

由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用，震害比內(nèi)柱重。

（5）梁柱節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生對(duì)角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫，混凝土剪碎剝落。節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋很少或無箍筋時(shí)，柱縱向鋼筋壓曲外鼓。

節(jié)點(diǎn)破壞的主要原因是節(jié)點(diǎn)的受剪承載力不足，約束箍筋少，梁筋錨固長度不夠以及施工質(zhì)量差所引起。節(jié)點(diǎn)破壞將導(dǎo)致梁柱失去相互之間聯(lián)系。

（6）框架梁

震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼筋屈服，出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉裂縫。破壞的主要原因是梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大，超過了梁的受剪承載力，梁內(nèi)箍筋配置較稀，以及反復(fù)荷載作用下混凝土抗剪強(qiáng)度降低等。

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框架填充墻的震害

砌體填充墻剛度大而承載力低，首先承受地震作用而遭破壞。一般7度即出現(xiàn)裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重，空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻，砌塊墻重于磚墻。

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)上部較嚴(yán)重，框架結(jié)構(gòu)下部震害嚴(yán)重。

■抗震墻的震害

在強(qiáng)震作用下，抗震墻的震害主要表現(xiàn)在墻肢之間連梁的剪切破壞。主要是由于連梁跨度小，高度大形成深梁，在反復(fù)荷載作用下形成X型剪切裂縫，為剪切型脆性破壞，尤其是在房屋1/3高度處的連梁破壞更為明顯。

填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力小，墻體與框架缺乏有效的拉結(jié)，在往復(fù)變形時(shí)墻體易發(fā)生剪切破壞和散落。

■防震縫的震害

防震縫寬度過小，地震時(shí)結(jié)構(gòu)相互碰撞造成震害。

總結(jié)以上震害調(diào)查結(jié)果，除注意場地和地基因素外，從結(jié)構(gòu)上主要應(yīng)注意：

（1）結(jié)構(gòu)的剛度在平面上和沿豎向的分布要規(guī)則、均勻；

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件要有足夠的承載力和延性；

（3）重視構(gòu)造，加強(qiáng)對(duì)混凝土的約束，防止剪切、錨固等脆性破壞

（4）保證施工質(zhì)量。

抗震設(shè)計(jì)的一般要求：

■結(jié)構(gòu)體系選擇

不同的結(jié)構(gòu)體系，其抗震性能、使用效果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)亦不同。

《抗震規(guī)范》在考慮地震烈度、場地土、抗震性能、使用要求及經(jīng)濟(jì)效果等因素和總結(jié)地震經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)地震區(qū)多高層房屋適用的最大高度給出了規(guī)定。

房屋的高寬比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的側(cè)移愈大，地震引起的傾覆作用愈嚴(yán)重。故《規(guī)范》對(duì)房屋的高寬比按結(jié)構(gòu)體系和地震烈度給出了不同的要求。

注：當(dāng)有大底盤時(shí)，計(jì)算高寬比的高度從大底盤頂部算起。

選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)，要考慮建筑物剛度與場地條件的關(guān)系，要注意選擇合理的基礎(chǔ)形式及埋置深度；還必須注意經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

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結(jié)構(gòu)布置

多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋布置的基本原則：

①結(jié)構(gòu)平面應(yīng)力求簡單規(guī)則，結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)對(duì)稱均勻布置，盡量使結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心重合，避免地震時(shí)引起結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)及局部應(yīng)力集中。

②結(jié)構(gòu)的豎向布置，應(yīng)使其質(zhì)量沿高度方向均勻分布，避免結(jié)構(gòu)剛度突變，并應(yīng)盡可能降低建筑物的重心，以利結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

③合理地設(shè)置變形縫。

④加強(qiáng)樓屋蓋的整體性。

⑤盡可能做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。

１.框架結(jié)構(gòu)布置

框架結(jié)構(gòu)主要用于10層以下的住宅、辦公及各類公共建筑與工業(yè)建筑。常見的框架柱網(wǎng)形式有方格式與內(nèi)廊式兩類。

常見框架柱網(wǎng)

(a)方格式柱網(wǎng)；(b)內(nèi)廊式柱網(wǎng)

地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計(jì)成延性框架，遵守“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固等設(shè)計(jì)原則。

在確定框架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案的同時(shí)，應(yīng)初步確定框架梁柱的截面尺寸和材料強(qiáng)度等級(jí)。

框架結(jié)構(gòu)中，非承重墻體的材料、

選型和布置，應(yīng)根據(jù)烈度、房屋高度、

建筑體型、結(jié)構(gòu)層間變形、墻體抗側(cè)

力性能的利用等因素，經(jīng)綜合分析

后確定。應(yīng)優(yōu)先采用輕質(zhì)墻體材料，

剛性非承重墻體的布置，在平面和

豎向的布置宜均勻?qū)ΨQ，避免形成

薄弱層或短柱。

２.框架－抗震墻結(jié)構(gòu)布置

框架－抗震墻結(jié)構(gòu)是由框架和抗震墻結(jié)合而共

同工作的結(jié)構(gòu)體系，兼有框架和抗震墻

兩種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)。既具有較大的

空間，又具有較大的抗側(cè)剛度。多用

于10~20層的房屋。

框架－抗震墻結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵問

題是抗震墻的布置，其基本原則是：

①抗震墻在結(jié)構(gòu)平面的布置應(yīng)對(duì)

稱均勻，避免結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心有

較大的偏移。

②抗震墻應(yīng)沿結(jié)構(gòu)的縱橫向設(shè)置，且縱橫向抗震墻宜相互聯(lián)合組成T形、Ｌ形、十字形等剛度較大的截面，以提高抗震墻的利用效率。

③抗震墻與柱中線宜重合，當(dāng)不能重合時(shí)，柱中線與抗震墻中線之間偏心距不宜大于柱寬的1/4。

框架一抗震墻結(jié)構(gòu)平面布置示意④抗震墻應(yīng)盡可能靠近房屋平面的端部，但不宜布置在外墻。

⑤抗震墻應(yīng)設(shè)置在墻面不需要開大洞口的位置，開洞口時(shí)應(yīng)上下對(duì)齊，抗震等級(jí)為一、二級(jí)的聯(lián)肢墻的洞口不應(yīng)采用弱連系梁

⑥抗震墻宜貫通全高，沿豎向截面不宜有較大突變，以保證結(jié)構(gòu)豎向的剛度基本均勻。

抗震墻的數(shù)量以能滿足結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形為原則，不宜過多，以免結(jié)構(gòu)剛度過大，增加結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。抗震墻的間距應(yīng)能保證樓、屋蓋有效地傳遞地震剪力給抗震墻。

３.抗震墻結(jié)構(gòu)布置

抗震墻結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土墻體承受豎向荷載

和水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。具有整體性能好、抗側(cè)剛度大和抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，該類結(jié)構(gòu)無突出墻面的梁、柱，可降低建筑層高，充分利用空間，特別適合于20~30層的高層居住建筑，但該類建筑大面積的墻體限制了建筑物內(nèi)部平面布置的靈活性。

抗震墻結(jié)構(gòu)的布置除了應(yīng)注意平面與豎向的均勻外，尚應(yīng)注意：

①較長的抗震墻宜開洞口設(shè)置弱連系梁，將一道抗震墻分成較勻勻的若干墻段（包括小開洞墻及聯(lián)肢墻），各墻段的高寬比不應(yīng)小于2，并應(yīng)保證墻肢由受彎承載力控制，靠近中和軸的豎向分布鋼筋在破壞時(shí)能充分發(fā)揮其強(qiáng)度，以提高結(jié)構(gòu)的變形能力?？拐饓Y(jié)構(gòu)平面布置示意②抗震墻有大洞口時(shí)，洞口位置宜上下對(duì)齊，以形成明確的墻肢與連系梁，保證結(jié)構(gòu)受力合理、有良好的抗震性能。一、二級(jí)抗震墻底部加強(qiáng)部位不宜有錯(cuò)洞墻。抗震墻的墻段與墻肢

③部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的框支層，其抗震墻的截面面積不應(yīng)小于相鄰上層抗震墻截面面積的50%，框支層落地抗震墻間距不宜大于24m;

④底部兩層框支抗震墻結(jié)構(gòu)的布置宜對(duì)稱，且宜設(shè)置抗震墻筒體；

⑤落地抗震墻之間樓蓋長寬比不應(yīng)超過規(guī)定的數(shù)值。

４.抗震縫布置

高層建筑宜選用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不設(shè)防震縫

當(dāng)建筑平面過長、結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)體系不同、高度和剛度相差過大以及各結(jié)構(gòu)單元的地基條件有較大差異時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)防震縫。其最小寬度應(yīng)符合下面要求：

（1）鋼筋混凝土框架房屋的防震縫寬度，當(dāng)

高

度不超過15m時(shí)可采用70mm，超過15m時(shí)，6、

7、8、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m

宜加寬20mm。（2）框架-抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度可采用框架規(guī)定數(shù)值的70%，且不宜小于70mm。

（3）防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時(shí)，按不利體系考慮，并按低的房屋高度計(jì)算縫寬。

5.防撞墻

8、9度設(shè)防的鋼筋混凝土框架房屋防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)高度、剛度或?qū)痈呦嗖钶^大時(shí)，可在防震縫兩側(cè)房屋的盡端設(shè)垂直于防震縫的抗撞墻。th框架框架-抗震墻

每一側(cè)的數(shù)量不應(yīng)少于兩道。宜分別對(duì)稱布置，

墻肢的長度可不大于一個(gè)柱距。

內(nèi)力應(yīng)按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況進(jìn)行分析，

按不利情況取值。

抗撞墻的端柱和框架邊柱箍筋應(yīng)沿房屋全高加密?！隹拐鸬燃?jí)

地震作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)

有下列特點(diǎn)：

1、地震作用越大，房屋的抗震要求越高；層高不同高度剛度相差較大地震作用與烈度、場地等有關(guān)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，對(duì)不同烈度、場地的結(jié)構(gòu)的抗震要求可以有明顯的差別

2、結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于主要抗側(cè)力構(gòu)件的性能；

主、次抗側(cè)力構(gòu)件的抗震要求應(yīng)有差別。

3、房屋越高，地震反應(yīng)越大，抗震要求越高。

抗震等級(jí)是確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震計(jì)算和抗震措施的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)防烈度、房屋高度、建筑類別、結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的重要程度確定，共分四個(gè)等級(jí)，其中一級(jí)抗震要求最高。

在同等設(shè)防烈度和房屋高度的情況下，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)類型，其次要抗側(cè)力構(gòu)件抗震要求可低于主要抗側(cè)力構(gòu)

件，即抗震等級(jí)低些。

設(shè)防烈度為６度、建于Ⅰ～Ⅲ類場地上的結(jié)構(gòu)

不需做抗震驗(yàn)算但需按抗震等級(jí)設(shè)計(jì)截面，滿

足抗震構(gòu)造要求?！?/p>

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

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框架梁截面設(shè)計(jì)

1.梁端抗震設(shè)計(jì)的基本要求：

①梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力；

②梁筋屈服后，塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力；

③妥善地解決梁筋錨固問題。

（1）框架梁抗剪承載力驗(yàn)算

①梁剪力設(shè)計(jì)值

為了避免梁在彎曲破壞前發(fā)生剪切破壞，應(yīng)按

強(qiáng)剪弱彎的原則調(diào)整框架梁端部截面組合的

剪力設(shè)計(jì)值：一、二、三級(jí)框架9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：一、二、三級(jí)框架：9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：②剪壓比限值剪壓比：截面上平均剪應(yīng)力與混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比，即

剪壓比過大,混凝土?xí)^早發(fā)生斜壓破壞,箍筋不能充分發(fā)揮作用,它對(duì)構(gòu)件的變形能力也有顯著影響，因此應(yīng)控制。

跨高比大于2.5時(shí)：

跨高比等于或小于2.5時(shí)：---梁端部截面組合的剪力設(shè)計(jì)值；---梁的截面有效高度；---混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；---梁的截面寬度；---承載力抗震調(diào)整系數(shù)。③梁斜截面受剪承載力在反復(fù)荷載作用下，混凝土的抗剪作用將有明顯的削弱。規(guī)定：對(duì)于矩形、Ｔ形和Ｉ字形截面的一般框架梁，斜截面受剪承載力應(yīng)按下式驗(yàn)算：■

提高梁延性的措施

影響梁截面延性的主要因素有梁的截面尺寸、縱向鋼筋配筋率、剪壓比、配箍率、鋼筋和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)等。

在梁端預(yù)期塑性鉸區(qū)段加密箍筋，可以起到約束混凝土，提高混凝土變形能力的作用，從而可獲得提高梁截面轉(zhuǎn)動(dòng)能力，增加其延性的效果。在梁端箍筋加密區(qū)，一般不宜設(shè)置縱筋接頭。

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框架柱截面設(shè)計(jì)

柱的設(shè)計(jì)原則：

①強(qiáng)柱弱梁，使柱盡量不出現(xiàn)塑性鉸；

②在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞，使柱有

足夠的抗剪能力；

③控制柱的軸壓比不要太大；

④加強(qiáng)約束，配置必要的約束箍筋。

１.強(qiáng)柱弱梁

“強(qiáng)柱弱梁”的概念要求在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大側(cè)移進(jìn)入非彈性階段時(shí)，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒塌，要求實(shí)現(xiàn)梁鉸側(cè)移機(jī)構(gòu)，即塑性鉸應(yīng)首先在梁上形成，盡可能避免在破壞后在危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸。兩種破壞形式：弱柱型弱梁型

為了使塑性鉸首先在梁中出現(xiàn)，同一節(jié)點(diǎn)柱的抗彎能力要大于梁的抗彎能力。

抗震規(guī)范規(guī)定：一、二、三級(jí)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)處，除頂層和柱軸壓比小于0.15者外，柱端組合彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列公式要求：9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合為了不使框架底層柱過早出現(xiàn)塑性鉸，規(guī)范規(guī)定：一、二、三級(jí)框架底層柱底截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.25、1.15。注意：框架底層柱根部對(duì)整體框架延性起控制作

用，柱腳過早出現(xiàn)塑性鉸將影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形和耗能能力。

２.強(qiáng)剪弱彎——在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞

（１）柱剪力設(shè)計(jì)值

《抗震規(guī)范》規(guī)定：對(duì)于抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)的框架柱端剪力設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式進(jìn)行調(diào)整：

9度和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：

（２）剪壓比限值

剪壓比：截面上平均剪應(yīng)力與混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比。

如果剪壓比過大，混凝土就會(huì)過早地產(chǎn)生脆性破壞，使箍筋不能充分發(fā)揮作用。因此必須限制剪壓比，實(shí)質(zhì)上也就是構(gòu)件最小截面尺寸的限制條件。

《規(guī)范》規(guī)定：對(duì)于剪跨比大于2的矩形截面框架柱，其截面尺寸與剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)下式的要求：

對(duì)于剪跨比不大于2的框架短柱其截面尺寸與剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式的要求：（３）柱斜截面受剪承載力

影響斜截面受剪承載力的主要因素有混凝土強(qiáng)度、剪跨比、軸壓比和配箍特征值等。柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。３.控制柱軸壓比軸壓比：柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比,即：軸壓比是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。４.柱內(nèi)縱向鋼筋配置柱的縱向配筋應(yīng)符合下列要求：（１）宜對(duì)稱布置；（２）截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距不宜大于200mm;

（３）縱向鋼筋的最小配筋率應(yīng)按下表采用。0.60.80.70.90.81.01.01.2中柱和邊柱角柱四三二一類別抗震等級(jí)（４）柱的總配筋率不應(yīng)大于5%。（５）一級(jí)且剪跨比大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋